（环境工程专业论文）适用于处理造纸中段废水的微生物絮凝剂的制备及应用研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 开发安全无毒、高效、无二次污染的新型絮凝剂，对人类的健康、 水处理工艺的改进以及环境保护都有重要的现实意义。近年来随着生 物技术的发展，微生物絮凝剂应运而生，由于其具有的优点今后在水 处理、食品、制药等行业有逐步代替传统絮凝剂的趋势。 本论文从土壤中筛选出一株细菌，从活性污泥中筛选出一株霉 菌。对细菌进行形态学特征、生理生化实验反应以及1 6 sr d n a 序列 相似性比较得出细菌为荧光假单胞菌( p s e u d o m o n a sf l u o r e s c e n s ) ( 基 因库登陆号a m 2 5 9 1 7 7 ) ，通过菌落观察、微生物染色等实验对霉菌 进行鉴定得出霉菌为黑曲霉( a s p e r g i l l u sn i g e r ) ，并采用超低温冷冻 法对菌种进行保藏。 以高岭土悬浊液作为絮凝对象，对两株絮凝剂产生菌进行培养条 件优化，细菌的最佳产絮凝剂的条件为：( 1 ) 最佳接种量：在牛肉 膏蛋白胨中培养1 2 h 的种子培养基接种l m l 到5 0 m l 的通用发酵培 养基中，接种量为1 5 0 ；( 2 ) 最佳的营养条件：碳源是葡萄糖，氮 源是酵母膏，用量分别为2 0 9 l 和0 5 9 l 。 ( 3 ) 最佳的培养条件： 培养基的初始p h 值4 0 ；培养温度3 0 。c ；摇床转速1 6 0 2 0 0 印m ； 培养时间4 8 h 。霉菌的最佳产絮凝剂的条件为：( 1 ) 最佳的接种量： 每升培养基接种9 3 3 1 0 8 个孢子；( 2 ) 最佳的营养条件：碳源是蔗 糖，氮源是尿素，用量分别为3 0 9 l 和1 0 6 9 l 。( 3 ) 最佳培养条件： 培养基的最佳初始p h 值为6 o 7 0 ，温度3 0 。c ，摇床转速为1 8 0 - - 一 t 江苏大学硕士学位论文 2 0 0 r p m ，培养时间为1 2 0 h 。经过培养条件优化荧光假单胞菌和黑曲 霉的培养液对高岭土的絮凝活性分别可以达到9 8 8 和9 3 5 。 设计方案对微生物絮凝剂进行提取纯化，得到了两种絮凝剂的纯 品，分别命名为p f 2 和a n 2 。采用紫外光谱仪，红外光谱仪和苯酚 硫酸法对絮凝剂进行了成分分析和多糖含量的测定，结果证明絮凝剂 的成分大部分为多糖，并以细菌产生的絮凝剂为例对絮凝机理进行了 研究，得出絮凝机理为吸附架桥作用。 此外，还通过实验考察了微生物絮凝剂对造纸中段废水的处理效 果。使用p f 2 处理造纸中段废水时，在最佳的处理条件下，即：废 水的p h 值9 0 - - 1 0 0 ；p f 2 的投加量为3 0 m l l ；质量浓度为1 的 舢a 3 溶液作为助凝剂，且投加量为6 0 m l l ；最佳的絮凝时间为 6 0 m i n ，此时废水的c o d 去除率能达到8 0 o ，浊度的去除率达到 9 2 0 左右。使用a n 2 处理造纸中段废水的最佳实验条件为：p h 值 9 0 - 1 0 o ；培养液的投加量为4 0 m l l , 质量浓度为1 的c a c l 2 溶液 作为助凝剂，投加量为4 0 m l l 时助凝效果最佳；絮凝时间为6 0 m i n ， 此时造纸中段废水的c o d 去除率可达到7 1 5 ，浊度的去除率达到 8 5 4 。实验证明微生物絮凝剂在造纸中段废水的处理中有着良好的 应用和开发前景。 关键词：微生物絮凝剂，条件优化，成分分析，机理研究，造纸中段 废水。 江苏大学硕士学位论文 a bs t r a c t i th a si m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o rh u m a n h e a l t h , i m p r o v i n g w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s sa n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nt h a td e v e l o p m i n g n e w t y p e o ff l o c c u l a n t w i t ht h e d e v o l e p m e n to fb i o t e c l m o l o g y ， m i c r o b i a lf l o c c u l a n te m e r g e sa st h et i m e s r e q u i r e p e o p l e b e l i v e m i c r o b i a lf l o c c u l a n tw o u l dt a k ep l a c eo ft h et r a d i t i o n a lf l o c c u l a n t si nt h e f i e l d so fw a t e rt r e a t m e n t ，f o o dp r o c e s s i n g ，p h a r m a c e u t i c a li n d u s t r yf o r t h e i ra d v a n t a g e s t w of l o c c u l a n t - p r o d u c i n gs t r a i n sw e r ei s o l a t e df r o ma c t i v a t e d s l u d g ea n ds o i lb ym e a n so ft h ec o m m o ns c r e e n i n ga n dp u r i c a t i o n m e t h o d t h eb a c t e r i u mw a si d e n t i f i e da sp s e u d o m o n a sf l u o r e s c e n s a c c o r d i n gt oi t sm o r p h o l o g i c a lp h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lc h a r a c t e r s ， a sw e l la s1 6 srd n a s e q u e n c e ( g e n b a n ka c c e s s i o nn o a m 2 5 9 1 7 7 ) h o m o l o g ye o m p a r i s i o n t h eo t h e rm i l d e ww a si d e n t i f i e da sa s p e r g i l l u s n i g e ra c c o r d i n g t o a b s e r v i n gt h a l l im o d a l i d y a n d m i c r o o r g a n i s m c o l o r a t i o n ，a n dc o n s e r v et h es t r a i n sb y c r y o p r e s e r v a t i o n t h ee x p e r i m e n tc o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e df o r t h es t r a i n sw i t h k a o l i ns u s p e n s i o na sf l o c c u l a t i o no b j e c t t h eb e s tc o n d i t i o no fp r o d u c t i o n o fm i c r o b i a lf l o c c u l a n to fp s e u d o m o n a sf l u o r e s c e n sw e r e ：( 1 ) t h e o p t i m u mi n o c u l a t i o nv o l u m ei sa b o u t1 5 0 ；( 2 ) t h eo p t i m u mc a r b o n 1 1 1 江苏大学硕士学位论文 s o u r c ef o rt h i ss t r a i ni sg r a p e v i n e2 0 9 l 1 ，a n dt h eb e s tn i t r o g e ns o u r c ei s y e a s te x t r a c t0 5 9 l - 1 ；( 3 ) t h eo p t i m u mc u l t u r a lc o n d i t i o n sw e r ed e c i d e d ： t h ei n i t i a lp hv a l u ew a s4 0 ，t h ec u l t u r a lt e m p e r a t u r ew a s3 0 。c ，t h e r o t a t i o ns p e e dw a s1 6 0 1 8 0 r p ma n dt h ec u l t u r a lt i m ew a s4 8 h t h eb e s t c o n d i t i o n sf o ra s p e r g i l l u sn i g e rp r o d u c t i n gf l o c c u l a n tw e r ea sf o l l o w ： ( 1 ) t h eo p t i m u mi n o c u l u mc o n c e n t r a t i o n i sa b o u t9 3 3 x 1 0 s l ；( 2 ) t h e o p t i m u mc a r b o ns o u r c ef o rt h i ss t r a i ni ss u c r o s e3 0 9 * l 1 , a n dt h eb e s t n i t r o g e ns o u r c ei su r e a2 1 9 l - 1 ；( 3 ) t h eo p t i m u mc u l t u r a lc o n d i t i o n so f a s p e r g i l l u sn i g e rw e r ed e c i d e d ：t h e i n i t i a l p hv a l u ew a s6 7 ，t h e c u l t u r a lt e m p e r a t u r ew a s3 0 。c ，t h er o t a t i o ns p e e dw a s1 8 0 r p ma n dt h e c u l t u r a lt i m ew a s1 2 0 h t h ef l o c c u l a t i o n a c t i v i t y o fp s e u d o m o n a s f l u o r e s c e n sa n da s p e r g i l l u sn i g e rf o rk a o l i nc l a ys u s p e n s i o nc o u l da r r i v e a t9 8 8 a n d9 3 5 a tt h eb e s tc u l t u r ec o n d i t i o n ，r e s p e c t i v e l y b yt h ew a yo fe t h a n o lp r e c i p i t a t i o n , t w ok i n d so fm i c r o b i a l f l o c c u l a n t ( d e s i g n a t e dp f 一2a n da n - 2 ) w e r es e p a r a t e df r o mt h ec u l t u r e b r o t h i tw a sc o n f i r m e dt h a tm o s tc o m p o s i t i o no ft h et w om i c r o b i a l f l o c c u l a n t sw a se x t r a p o l y s a c c h a r i d eb yt h ew a yo fu vs p e c t r u m ，i r s p e c t r u ma n dp h e n o l s u l f a t ea c i dm e t h o d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e f l o c c u l a t i n gm e c h a n i s mo fp f - 2r e s u l t e df r o mt h ec o m b i n a t i o no fk a o l i n s u s p e n d i n gs o l u t i o nw i t hp f 一2b ye l e c t r o v a l e n tb o n d ，a n dd e p o s i tb y b r i d g ea n da d s o r p t i o n t h ew a s t e w a t e rp u r i c a t i o ne x p e r i m e n t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ep f 一2 i v 江苏大学硕士学位论文 a n da n 一2h a dg o o dp u r i f y i n ge f f e c ti nt h et r e a t m e n to fp a p e r m a k i n g m i d c o u r s ew a s t e w a t e r u n d e rt h eo p t i m a lt r e a t m e n tc o n d i t i o n s ，w h e nt h e w a s t e w a t e rw a st r e a t e db yp f - 2 ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d c ra n dt u r b i d i t y c a nr e a c h8 0 o a n d9 2 o ，r e s p e c t i v e l y w h e nt h ew a s t e w a t e rw a s t r e a t e db ya n 一2 ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d c ra n dt u r b i d i t yc a nr e a c h 7 1 5 a n d 8 5 4 ，r e s p e c t i v e l y e x p e r i m e n t s h o w e dt h a tm i c r o b i a l f l o c c u l a n th a v eb r o a dp r o s p e c t si n t r e a t i n gp a p e r m a k i n gm i d c o u r s e w a s t e w a t e r k e yw o r d s ：m i c r o b i a lf o c c u l a n t ，c o n d i t i o no p t i m i z a t i o n ，c o m p o s i t i o n a n a l y s i s ，m e c h a n i s mr e s e a r c h ，p a p e r m a k i n gm i d c o u r s e w a s t e w a t e r v 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密甄 学位论文作者签名：叫棉穆 川年i 硐i o 日 卜 寸 ，1日 名 月 鹤 嗍 币 j 鲈 1 l 撕 年 导订- 一 匕日彬， 拱 沙 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：叫彬碲 日期：纱7 年i 月f 矿e l 江苏大学硕士毕业论文 1 1 我国水资源现状 第一章绪论 水是生命之源，是大地万物赖以生存不可缺少的物质，是发展工农业经济的 重要条件和基础。随着经济的高速发展和人口的迅猛增长，我国每年的用水量和 污水排放量也在成倍增加，因此，污水处理问题日益严峻。 我国是一个干旱缺水严重的国家，淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球 水资源的6 ，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2 3 0 0 立方米，仅为世界平均水平的1 4 、美国的1 5 ，在世界上名列1 2 1 位，全国有 3 0 0 多座城市缺水，因缺水全国城市工业每年损失1 2 0 0 亿元，是全球1 3 个人均 水资源最贫乏的国家之一。 水利部预测，2 0 3 0 年中国人口将达到1 6 亿，届时人均水资源量仅有1 7 5 0 立方米。在充分考虑节水情况下，预计用水总量为7 0 0 0 亿至8 0 0 0 亿立方米，要 求供水能力比现在增长1 3 0 0 亿至2 3 0 0 亿立方米，全国实际可利用水资源量接近 合理利用水量上限，水资源开发难度极大。在这种情况下，对排放的废水进行处 理，并进行再利用是一条新型的节水之路。 造成我国水污染的原因很多，其中最主要的是工业废水和城市污水未能得到 有效处理。自1 9 8 5 年以来，我国废水年排放总量一直维持在3 5 0 亿- 4 0 0 亿吨左 右，1 9 9 7 年废水排放量达到最高值4 1 6 亿吨，其中工业废水排放量2 2 7 亿吨， 市政污水排放量1 8 9 亿吨。废水中化学需氧量( c o d ) 排放量达1 7 5 7 万吨，其中 工业废水c o d 排放量1 0 7 3 万吨，市政污水c o d 排放量6 8 4 万吨。并呈现逐年 上升的趋势，现在我国每年的废污水排放总量已经达到了6 2 0 亿吨，这相当于我 们每个人每年排放4 0 多吨的废污水，而其中大部分未经处理就直接排入了江河 湖泊。我国的废水处理率一直很低，城市污水处理率一直小于1 5 ，工业废水处 理达标率也在7 0 以下，大部分废水未经任何处理或处理不达标就排放到江河湖 泊等受纳水体。开发新型的水处理工艺和水处理药剂是解决水污染问题的关键。 江苏大学硕士毕业论文 1 2 絮凝技术简述 1 2 1 絮凝技术 众所周知，日常生活污水和各种工业废水中，常常会含有不同种类和数量的 悬浮体和胶体。例如：采矿废水中含有大量无机矿物质悬浮体；炼焦煤气废水含 有焦油及悬浮体；机械加工废水中含有油脂及大量固体悬浮物；而造纸、制糖、 染料行业和生活污水中则含有大量的有机颗粒。这些悬浮物、溶胶或者是有机污 染物，其颗粒直径大小在1 0 - 9 - - 一l f f 3 r n 的范围内。由于这些微粒不是以分子状态 分散于水中的，所以形成的体系具有很大的界面，属热力学不稳定体系。这些颗 粒自动凝聚成大颗粒，并从分散介质中沉淀出来的速度很慢，其原因之一就是水 体中的悬浮体及溶胶表面大多数带有同性电荷，致使颗粒间由于同性电荷的相斥 而分散稳定，不能互相聚集。 絮凝技术是给水与废水处理中广泛使用的方法，对于上述各类废水的处理， 一般都要先使这些溶胶和悬浮体脱稳，进而凝聚、絮凝成大颗粒后最终沉淀出来， 以污泥的形式去除。絮凝与脱除水体中的微细颗粒、胶体物质及降低水中的c o d 值有着密切的关系，即絮凝能简单有效的脱除水体中8 0 9 5 的悬浮物质和 6 5 , - - - 9 5 的胶体物质，因而对降低水体中的c o d 值起着重要的作用。在给水 处理中，凡采用地表水作为水源的水厂，絮凝法几乎是不可缺少的处理方法之一。 在污水处理中，根据污水种类和性质，可在任意处理阶段，把絮凝法与其它处理 方法配合使用。在一些工业废水的三级处理中，也经常采用絮凝处理方法。絮凝 处理方法主要是去除水体中的溶胶和悬浮体，包括无机物和有机物，从表观而言 就是常用的浊度、色度、b o d 、c o d 等指标，同时对于去除水体中的细菌、病 毒效果更稳定，通过絮凝净化，一般能把水中9 0 以上的微生物与病毒一起转入 污泥，使得后续处理水的进一步消毒、杀菌处理变得更加容易而有保证。实践还 证明，在污水的三级处理中，采用絮凝方法除磷，是一种有效而经济的方法，此 外絮凝处理过程还可以改善污泥的脱水性能【1 1 。 1 2 2 絮凝剂的分类 在絮凝处理的整个过程中，絮凝剂起着及其关键的作用，它的种类、性质、 2 江苏大学硕士毕业论文 品种的好坏直接关系到絮凝处理的效果，有了性能优良的絮凝剂才能够获得理想 的处理效果。按絮凝剂的成分不同可以将其分为无机絮凝剂、有机絮凝剂以及近 年来兴起的微生物絮凝剂。 1 无机絮凝剂 无机絮凝剂分为无机低分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂。常用的无机低分子 絮凝剂有：铝系( 如：硫酸 a 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 8 h 2 0 ) ，氯化铝( a 1 c 1 3 6 h 2 0 ) 明矾 ( i c a l ( s o & 1 2 i - 1 2 0 ) ，铝酸纳( n a v a a 0 3 ) ) 和铁系( 硫酸铁 f e 2 ( s 0 4 ) 3 n h 2 0 ) ，氯化铁 0 7 e c l 3 6 h 2 0 ) 硫酸亚铁( f e s 0 4 ) ) 两大类。无机低分子絮凝剂价格低、货源充足， 但由于其用量大、残渣多、效果较差，因此在实际污水处理中常作为配合絮凝剂 使用，以降低处理成本【2 1 。无机高分子絮凝剂是2 0 世纪6 0 年代以来在传统的铝 盐、铁盐絮凝剂基础上发展起来的一类新型水处理药剂，主要是铝盐和铁盐的聚 合物，如聚合氯化铝、聚合硫酸铝( 二者简称聚铝) ，聚合氯化铁、聚合硫酸铁( 二 者简称聚铁) ，它比原有的传统絮凝剂可成倍地提高絮凝效果，而价格又相应较 低。现在它成功地应用在给水、工业废水以及城市污水的各种流程( 包括前处理、 中间处理和深度处理) 中，但是，在形态、聚合度及相应的絮凝效果方面，无机 高分子絮凝剂仍处于无机低分子絮凝剂与有机絮凝剂之间的位置。它的相对分子 量和粒度以及絮凝架桥能力仍比有机絮凝剂差得多，而且还存在进一步水解反应 的不稳定性问题。这些主要缺点促使研究和开发向各种复合型高分子絮凝剂发 展。 无机絮凝剂共同特点是用量大、具有一定的腐蚀性和毒性、对环境有二次污 染【3 】。铝盐是给水处理中广泛采用的混凝剂，但其在净水的同时也留下了程度不 同的残留铝量，铝离子的环境危害有：对生物有毒性效应，铝离子可以阻碍生 物的生长发育，甚至导致其死亡，据报道水中铝含量高于0 2 加5 m g l ，即可使 蛙鱼致死【4 l 。铝离子会影响人类的身体健康，如老年性痴呆病就是铝性脑病的 一种，因此各国均对饮用水中铝含量规定了限值【5 】，如美国为0 0 5 m g l ，世界卫 生组织制定的标准为0 2 m g l ，我国在即将出台的饮用水标准中也将增加铝含量 的要求。在废水生物处理过程中，由于微生物受到毒性影响而使整体处理效果 下降。而铁系絮凝剂对金属有腐蚀性，限制了所用设备，且缩短了管路的使用寿 命，而且处理后的水中容易残留铁离子，使被处理水带有颜色，影响水质。因此 3 江苏大学硕士毕业论文 无机絮凝剂在应用方面有很大的局限性。 2 有机高分子絮凝剂 有机高分子絮凝剂分为人工合成有机高分子絮凝剂和天然有机高分子絮凝 剂。人工合成有机高分子絮凝剂多为聚丙烯、聚乙烯物质，如聚丙烯酰胺，聚乙 烯亚胺等。合成高分子有机絮凝剂在废( 污) 水处理中占有重要位置，同无机高分 子絮凝剂相比具有用量少，絮凝速度快，受共存盐类、p h 值及温度影响小，生 成污泥量少，且污泥易处理等优点。但是由于这些絮凝剂分子量高，水溶液粘度 大，在使用中常会遇到溶解速度慢，液体粘度高不易操作等问题。随着石油产品 价格不断上涨，这类絮凝剂价格普遍偏高，并且难生物降解，其单体毒性大，如 p a m ( 聚丙烯酞胺1 残留物不易被生物降解，单体具有强烈的神经毒性和“三致 效应( 致畸、致突变、致癌) 【6 7 】，对环境造成二次污染。因此这类絮凝剂在给水 处理中、食品加工及发酵工业等方面应用的比较少。 在环保意识日益增强的今天，愈来愈多的研究者注意到天然有机高分子絮凝 剂，目前使用的天然有机高分子絮凝剂主要是碳水化合物类( 多聚糖类、壳聚糖 类、甲壳素类) ，其产量约占高分子絮凝剂总量的2 0 左右。改性天然高分子絮 凝剂( 如淀粉衍生物类、纤维素衍生物类、改性植物胶类以及蛋白质类等) 的原料 只要来自植物，一般没有毒性，用于水和废水处理可以防止出现二次污染。相对 于传统的无机和有机絮凝剂而言，天然高分子絮凝剂具有原料来源广泛，价格低 廉，无毒，絮凝速度快，易于生物降解，对生态环境无不良影响等特点，因而具 有良好的开发价值和应用前景吼 3 微生物絮凝剂 微生物絮凝剂作为天然有机高分子絮凝剂的一种，是生物技术与絮凝技术的 结合，它是利用生物技术，从微生物体或其分泌物提取、纯化而获得的一种安全、 高效，且能自然降解的新型水处理剂。由于微生物絮凝剂可以克服无机和合成有 机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，而且对环境无二次污染，使用方便、安全、应 用范围广，因而越来越受到各国环境保护工作者的重视，近年来，国内研究者将 微生物絮凝剂用于各种水处理和其它方面的应用中 9 1 。1 9 8 1 年，欧洲生物技术联 盟( e f b ) 将控制污染的微生物絮凝剂定为环境生物技术：我国也在生物技术 中长期发展纲要中将开发微生物絮凝剂作为明确的方向之一【1 0 l 。 4 江苏大学硕士毕业论文 1 3 微生物絮凝剂的发展概况 在2 0 世纪5 0 年代，人们就发现了能产生絮凝作用的细菌培养液，健真正深 入的研究却始于1 9 7 6 年，j n a k a m u r a 等从霉菌、酵母菌、细菌、放线菌等2 1 4 中菌株中筛选出1 9 种具有絮凝能力的微生物，其中霉菌8 种，酵母菌1 种，细 菌5 种，放线菌5 种，研究较为深入的是a s p e r g i l l u s s o j a e a j 7 0 0 2 产生的絮凝剂， 出此掀起了微生物絮凝剂的研究热潮【1 玎。1 9 8 5 年h t a k a g i 【1 习等人研究了拟青霉 素( p a e c i l o m y c e ss p i - 1 ) 微生物产生的絮凝剂。他们采用乙醇沉淀和凝胶色谱法精 制，得到了称为p f l 0 1 的微生物絮凝剂，这种微生物絮凝剂的相对分子量约为 3 0 万，主要成分是半乳糖胺。p f l 0 1 对枯草杆菌，大肠杆菌，啤酒酵母菌、红 血细胞、活性污泥、纤维素粉、羧甲基纤维素、活性炭、硅藻土、氧化铝均有良 好的絮凝效果。1 9 8 6 年，r y u i c h u i r ok u r a n e 1 3 l 等人，采用从自然界分离出来的红 球菌属微生物r h o d o c o c c u se r y t h r o p o l i s 的s 。1 菌株，用特定培养基及培养条件， 制成絮凝剂n o c - 1 。并且把它用于畜产废水处理、膨胀污泥处理、砖场生产废 水处理、纸浆废水( 黑液) 、染料废水等有色废水的脱色处理，都取得了很好的处 理效果，被认为是嗣前发现的最好的微生物絮凝剂。n o c 1 也是目前研究最为 深入透彻的生物絮凝剂，包括其产生菌的筛选、发酵条件的优化、分离纯化、分 子结构的剖析以及应用条件的摸索等，都进行了较为系统的研究。为了麓将生物 絮凝剂n o c 1 广泛应用到实际中，近年来，k u r a n e 在继续深入研究应用对象的 同时，曼主要的是研究如何降低n o c - i 的生产成本，至今已经取得了一定的成 果。此外，韩国的k w o ng s ，s e oh y u nh y o ，k i my o u n g j u n 等人，德国的 p r e i n h a r d 以及以色列的n k 耐1 4 1 等人也对生物絮凝荆进行? 细致的研究，尽 前国内外已获得了多株具有不同性能的微生物絮凝剂产生菌f 1 5 l 。 我国对微生物絮凝剂的研究起步较晚，鬻前尚处于试验室阶段。上世纪粥 年代以来，国内有关微生物絮凝剂的报道日渐增多，但大多数还停留在菌种筛选 阶段，尚未有成功投入生产的报道。 山东大学的王镇1 1 6 】等人从土壤和活性污泥中筛选到4 株絮凝剂产生菌 s p o r o l a c t o b a c i l l u sg c 3 ，a r t h r o b a c t e rs b 6 ，p s e u d o m o n a ss b 8 以及a e r o m o n a s g c 2 4 ，在最适培养条件下，4 种絮凝剂产量均可达0 5 - - 0 9 9 l ，对高龄土的絮 5 江苏大学硕士毕业论文 凝活性达7 - 9 ( i o d s s o ) ，而且絮凝范围广，对果汁、血细胞悬液、菌悬液、泥 浆水、染液等均有较好的絮凝效果和较高的絮凝速度。中科院微生物研究所的张 本兰等【1 7 、1 8 1 从活性污泥中筛选到絮凝活性较高的p a l c a l i g e n e s 菌株，该絮凝剂 对造纸黑液和氯霉素等有色废水具有良好的絮凝脱色能力。武汉城市建设学院康 建雄等【1 9 】用黑酵母以淀粉水解得到的葡萄糖为原料发酵产生了普鲁兰絮凝剂。 邓述波等人【加1 从土壤中分离筛选得到了硅酸盐芽孢杆菌新变种，该菌产生了絮 凝剂m b f a 9 ，把该絮凝剂用于给水处理中，以河水作为絮凝对象，出水浊度降 至0 8 n t u 。南开大学的庄源益等人【2 1 l 从土壤中分离出6 株对水中染料有较好絮 凝作用的菌株( n a t - 1 至n a t 6 1 ，对黑染料生产废水的脱色率可达6 0 。台湾 的邓德丰等人从废水处理场的废水中分离到c 6 2 细菌菌株，该菌株产生的絮凝 剂用于处理猪粪尿废水和红豆加工厂废水具有良好的絮凝效果。另外，台湾的 k a oj u i y a n g 和h u a n gs l 也在积极从事生物絮凝剂的开发和研究工作，他们 分别对r e r y t h r o p l i sc c r c1 0 9 0 9 和细菌菌株s 4 k 产生的絮凝剂进行了初步研 究。但这些研究只停留在实验室阶段，并未见工业用的报道1 1 8 1 。马放等人利用 纤维素为原料，采用多阶段发酵法产生复合型生物絮凝剂m f h ，使生物絮凝剂 的应用向前推进了一大步瞄2 4 1 。 总之，目前国内对微生物絮凝剂的研究，大多处在菌种筛选和菌株培养液对 废水处理的实验室阶段。要使微生物絮凝剂在我国真正的应用于水和废水的实际 处理，还需要作大量的、进一步的试验和研究。 1 4 微生物絮凝剂的特点 微生物絮凝剂具有产生菌易得、高效、无毒、无二次污染和絮凝范围广泛等 特点，与传统的无机和有机合成高分子絮凝剂相比，具有许多独特的性质和优点。 1 高效性：同等用量下，与现在常用的各类絮凝剂如铁盐、铝盐、聚丙烯 酰胺、藻蛋白酸钠相比，生物絮凝剂的使用效率明显高于常规絮凝剂，并且絮凝 沉淀比较容易用滤布过滤。 2 无毒性：微生物絮凝剂为微生物菌体或菌体分泌的高分子物质，属于天 然有机高分子絮凝剂，相关毒理学实验证明其安全无毒。例如，生物絮凝剂 m b f a 9 的急性毒理学实验结果表明：小白鼠一次吞食l g k g 的该絮凝剂后无急 6 江苏大学硕士毕业论文 毒反应，九天后无一死亡，体态、饮食、运动均无异常反应【捌。给小鼠、豚鼠 注射r e r y t h r o p o l i s 的细胞及培养液，均不致病【孤硐。因此，微生物絮凝剂不 仅可以应用于水处理领域，而且完全适用于食品、医药等行业的发酵后处理。 3 无二次污染：这一优点是微生物絮凝剂受到重视的主要原因。微生物絮 凝剂为微生物菌体或菌体分泌的高分子物质，主要成份为多聚糖、多肽和蛋白质 等，属于天然有机高分子絮凝剂，它安全无毒，具有可生化性，易被微生物降解， 不会影响水处理效果，对环境无害，不会造成二次污染【2 7 2 8 l 。 4 用途广泛，脱色效果好嗍：微生物絮凝剂能絮凝处理的对象较广，包括 活性污泥、粉煤灰、木炭、墨水、泥水、饮用水、河底沉积物、高岭土、粪尿水、 印染废水、果汁、细菌、酵母菌以及各种生产废水等。微生物絮凝剂可以广泛地 应用于给水处理、废水处理、食品发酵和生物制药等方面，能够提高对油和无机 超微粒子的净化效果，具有良好的除浊和脱色性能，同时还具有受p h 值条件 影响小、热稳定性强、用量少等特点。 ， 5 生产和使用成本较低：首先，微生物絮凝剂是微生物菌体合成的有机高 分子物质，靠微生物培养产生的，目前已经通过采用某些有机废水培养微生物来 解决微生物絮凝剂培养成本过高的问题。而化学絮凝剂是人工合成的，从生产所 用原材料、生产能耗等方面成本都很难降低，因此微生物絮凝剂应是经济的，这 一点为国内外普遍认同。 1 5 微生物絮凝剂的研究内容 1 5 1 微生物絮凝剂产生菌 絮凝剂产生菌是一类合成并分泌具有絮凝活性物质的微生物，种类较多，在 霉菌、细菌、酵母菌、放线菌中都有p o 3 1 1 ，国内外研究所采用的絮凝微生物种 群主要通过三方面途径采集： 1 来自天然土壤：土壤中絮凝微生物极其丰富，分离方法简单，而且成本 非常低： 2 水厂的活性污泥：从污水厂活性污泥中采集絮凝微生物成本低，且所制 出的生物絮凝剂投入污水处理系统，不会增加活性污泥系统成分，能够保持投加 前后微生物系统的稳定性； 7 江苏大学硕士毕业论文 3 直接购买能产生絮凝剂的纯种微生物菌株：此法免去了实验中筛选和培 养微生物的繁复而且菌种特性明了，实验中易把握，但成本高，不利于大规模的 工业生产，只适用于实验室小规模的研究实验。 目前国内外研究者已经筛选出多种具有絮凝作用的微生物产生菌，筛选出的 絮凝荆产生菌的情况见下表。 表1 1 一些产絮凝肴l 】的微生物 t a b 1 1s o m eo ft h eb i o f l o c c u l a n t 。p r o d u c i n gm i c r o o r g a n i s m s 。- 。_ 。- 。_ _ _ 。- _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ i _ _ _ - _ _ _ = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ 一i i 一 微生物名称 发现人 k l e b s i e l l as p 。壳氏轷菌属d e r m i i m 武a 1 ，1 9 9 9 a r c u a d e n d r o ns p p e s t a l o t i o p s i ss p 壤半知蔼 o s c i l l a t o r i as p 蓝藻类颤藻 髭a m a r a e 放线蘸 n o c a r d i ar e s t r i c a 椿象虫诺卡氏菌 n o c a r d i ac a l c a r e a 石灰壤诺卡氏菌 n o c a r d i ar h o d n i 红色诺卡氏菌 s t r e p t o m y c e sg r i s e u s 灰色链霉蓥 s t r e p t o m y c e si ) i n a c e u $ 酒红链霉菌 是e r y t h r o p o l i s 红平红球菌 a c i n e t o b a c t e rs p 不动细菌属 a l c 1 a t u s 协腹产碱轩菌 a l c a l i g e n e sc u p i d u s 渴望德莱氏菌 a l c a l i g e n e sf a e c a l i s 粪产碱菌属 c o r y n e b a c t e r i u mh y d r o c a r b o n a c a l a s t u s c o r y n e b a c t e r i u mb r e v i c a l e 榜状杆菌 d e m a t i n u ms p 暗色孢菌 m y c o b a c t e r i u mp h l e i 革分枝扦蓥 p s e u d o m o n a ss p 假单胞菌属 p s e u d o m o n a s a e r u g i n o s a 铜绿霰单胞莹属 l e e e t a l ，1 9 9 5 k w o ne | 叠，l 瞒 t o n g e ta 1 ，1 9 9 9 t o n g e ta 1 ，1 9 9 9 t o n g e ta 1 ，1 9 9 9 s h i m o f u r u y ae t 采。，1 9 9 6 n a k a m u r ae ta 1 ，1 9 7 6 k u r a n ee ta 1 ，1 9 8 6 a , 1 9 9 1 ，1 9 9 4 a , b , 1 9 9 5 ； t a k e d ae ta 1 ，1 9 9 1 b k u r a n ea n dm a t s u y a m a , 1 9 9 4 k u r a n ea n dn o h a t a , 1 9 9 1 ，1 9 9 4 t o e d aa n dk u r a n e , 1 9 9 1 s h i m i z i u , 1 9 8 5 z a j i ea n dk n e t t 啦，1 9 1 n a k a m u r a 瞧越，量绷 t o n ge ta 1 ，1 9 9 9 m i s r a , 1 9 9 3 t a g oa n da i d a , 1 9 7 7 n a k a m u r a 娃a l 。，1 9 7 6 d p s e u d o m o n a sf l u o r e s c e n t 荧光假单胞菌属 n a k a m u r ae ta 1 ，1 9 6 1 _ - _ _ - _ - _ - _ _ _ - - _ _ - _ _ _ _ _ - - _ _ - _ _ - - _ _ _ - _ _ _ _ - - - 一i i _ - _ - - - _ _ _ _ _ - _ - _ - _ - - _ _ _ _ _ - - _ - - l _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - - 8 江苏大学硕士毕业论文 k l u y v e r o m y c e sm a r x i a n u s 马克斯克鲁维酵母 k c r y o c r e s c e n s 栖冷克吕沃尔氏菌 z r a m i g e r a 生枝动胶杆菌 m e t h y l o b a c t e r i u mr h o d e s i a n u m 甲基杆菌 f l a v o b a c t e r i u ms p 黄杆菌 l a c t o b a c i l l u s f e r m e n t u m 发酵乳杆菌 b r e v i b a c t e r i u mi n s e c t i p h i l u m 嗜虫短杆菌 s t a p h y l o c o c c u sa u r e u s 金黄色葡萄球菌 p h o r m i d i u ms p 席藻属 a n a b a e n o p s i sc i r c u l a r i s 环圈项圈蓝细菌 c h l a m y d o m o n a sm e x i c a n a 淡水藻 c a l o t h r i xd e s e r t i c a 丝状蓝藻 o s c i l l a t o r i as p 淡水藻 c i r c i n e l l as y d o w i 萨氏曲霉 a s p e r g i l l u ss o j a e 酱油曲霉 a s p e r g i l l u so c h r a c e u s 棕曲霉 a s p e r g i l l u s p a r a m t i c u s 寄生曲霉 a s p e r g i l l u ss p 曲霉菌属 e u p e n i c i l l i u m 融c e u $ 壳状青霉 m o n a s c u sa n k a 安卡红曲霉 g e o t r i c h u mc a n d i d u m 白地霉 s o r d a r i af l m i c o l a 粪生粪壳菌 p a e c i l o m y c e ss p 拟青霉属 h a n s e n u l aa n o m a l a 异常汉逊酵母 s a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a e 混浊酿酒酵母 s a c c h a r o m y c e sd i a t a t i c u s 达氏酵母 e n t e r o b a c t e rs p 海洋病原细菌